Новости космоса и технологий. » Химия » Материаловеды создают более прочный кобальт для топливных элементов

Материаловеды создают более прочный кобальт для топливных элементов

Опубликовал: Admin, 15-12-2020, 20:57, Химия, 40 131, 0

Материаловеды создают более прочный кобальт для топливных элементов

Многофункциональная исследовательская группа под руководством материаловедов из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) разработала высокоактивный и прочный катализатор, который не использует дорогостоящую платину для стимулирования необходимой химической реакции.

Новый катализатор содержит кобальт с вкраплениями азота и углерода. При сравнении с аналогичным по структуре катализатором, изготовленным из железа - еще одним многообещающим, хорошо изученным заменителем платины, команда обнаружила, что кобальтовый катализатор обеспечивает аналогичную реакцию, но с четырехкратным сроком службы.

Исследование команды, которое обещает топливо ячеек на транспорте, была опубликована в номере от 30 ноября 2020 г. Природный катализ .

Ищу замену дорогостоящей платине

Протонообменная мембрана - или PEM - топливные элементы, как правило, предназначены для работы в паре с водородом для множества применений в различных секторах, включая транспорт, стационарное и резервное электроснабжение, производство металлов и многое другое. Эти высокоэффективные, экологически чистые устройства преобразования энергии требуют очень активных катализаторов химической реакции - реакция восстановления кислорода , или «кровь», которая делает топливный элемент эффективно функционировать.

Металлы платиновой группы служат наиболее продуктивным каталитическим материалом для топливных элементов PEM, но на них приходится около половины стоимости топливных элементов.

Итак, ученые изучают переходные металлы такие как железо в качестве многообещающей альтернативы платине, но они обнаружили, что они быстро разлагаются в кислой среде топливных элементов PEM.

Обратите внимание на кобальт, переходный металл, который по сравнению с платиной является недорогим и распространенным. Предыдущие исследования показали, что кобальт гораздо менее активен, чем катализаторы на основе железа.

«Мы знали, что конфигурация кобальта с азотом и углеродом является ключом к тому, насколько эффективно катализатор реагирует, и что плотность активного центра критически важна для производительности», - сказал специалист по материалам PNNL Юян Шао, руководивший исследованием. «Нашей целью было действительно улучшить реакционную активность катализаторов на основе кобальта».

Фехтование в атомах

Команда иммобилизовала молекулы на основе кобальта в микропорах цеолитных имидазолатных каркасов, которые служили защитными барьерами для уменьшения подвижности атомов кобальта и предотвращения их объединения в кластеры. Затем они использовали высокотемпературный пиролиз для превращения атомов в каталитически активные центры внутри каркаса.

В рамках этой структуры ониобнаружили, что плотность активных центров значительно увеличилась, что, в свою очередь, увеличило активность реакции. Фактически, это позволило достичь наивысшей активности топливных элементов, о которых сообщалось не из железа, платина группа безметалловых катализаторов на сегодняшний день.

Команда также обнаружила, что катализатор на основе кобальта намного более долговечен, чем катализатор на основе железа, синтезированный с использованием того же подхода. Они впервые обнаружили значительные различия в деметаллировании, когда ионы металлов выщелачиваются из катализатора, и этот катализатор затем теряет активность. Они также обнаружили, что кислородные радикалы образуются из перекиси водорода, побочного продукта восстановления кислорода в топливе Ячейки , разрушают катализаторы и вызывают снижение производительности.

Высокая активность, большая долговечность

«В конце концов, нам удалось не только улучшить активность катализатора на основе кобальта, но и значительно повысить его долговечность», - сказал Шао. «Наши дальнейшие исследования привели нас к открытию механизмов, которые обычно разрушают эти типы катализаторов».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии